RU2669263C1 - Method and device for calibration of inertial measurement modules - Google Patents

Method and device for calibration of inertial measurement modules Download PDF

Info

Publication number
RU2669263C1
RU2669263C1 RU2017130777A RU2017130777A RU2669263C1 RU 2669263 C1 RU2669263 C1 RU 2669263C1 RU 2017130777 A RU2017130777 A RU 2017130777A RU 2017130777 A RU2017130777 A RU 2017130777A RU 2669263 C1 RU2669263 C1 RU 2669263C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
platform
imi
rotation
iim
axis
Prior art date
Application number
RU2017130777A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Виталий Сергеевич Шорин
Владимир Борисович Никишин
Original Assignee
Общество С Ограниченной Ответственностью "Автоматизированные Измерительные Системы И Технологии"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество С Ограниченной Ответственностью "Автоматизированные Измерительные Системы И Технологии" filed Critical Общество С Ограниченной Ответственностью "Автоматизированные Измерительные Системы И Технологии"
Priority to RU2017130777A priority Critical patent/RU2669263C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2669263C1 publication Critical patent/RU2669263C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P21/00—Testing or calibrating of apparatus or devices covered by the preceding groups

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

FIELD: measuring equipment.SUBSTANCE: group of inventions refers to the area of calibration of inertial measurement modules (IMI). Method of calibration IMI includes fixing IMI on the platform of the calibration stand with ensuring that one of the measuring axes of IMI coincides with the axis of rotation of the engine of the stand with an allowable deviation of not more than 5°, rotation of the platform with a fixed IMI with a varying angular velocity around 3 mutually perpendicular axes of the platform, the recording of the angular velocity projections and apparent accelerations measured by the IMI sensors; evaluation and compensation in the accelerometer signals of the components caused by the displacement of their sensing elements relative to the axis of rotation of the platform; estimation of residual unbalance of the platform with fixed IMI and introduction of compensating signals to the control circuit of the engine of the stand; evaluation of the component error models of IMI sensors, including the scale factor errors and zero accelerometer signals, scale factor errors, zero signals and g-sensitivity coefficients of the angular velocity sensors, based on the recorded angular velocity projections and apparent accelerations.EFFECT: increasing the accuracy of determining the calibrated parameters of IMI.2 cl, 4 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для проведения калибровки инерциальных измерительных модулей (ИИМ), в состав которых входят датчики угловой скорости (ДУС) и акселерометры.The present invention relates to measuring technique, in particular to devices for calibrating inertial measuring modules (IMI), which include angular velocity sensors (DLS) and accelerometers.

Известен быстрый способ калибровки ИИМ [1]. В соответствии с данным способом, оператор вращает ИИМ во всех направлениях без внешнего оборудования, либо с помощью оборудования. Снимаемые в это время с ИИМ данные позволяют определять 12 коэффициентов моделей погрешностей датчиков ИИМ, в том числе, скорости дрейфов и масштабные коэффициенты ДУС, нулевые сигналы и масштабные коэффициенты акселерометров.There is a fast method for calibrating IIM [1]. In accordance with this method, the operator rotates the IIM in all directions without external equipment, or using equipment. The data taken at this time with the IIM allow one to determine 12 coefficients of the models of errors of the IIM sensors, including drift velocities and scale coefficients of the TLS, zero signals and scale factors of accelerometers.

Недостатком данного способа является отсутствие среди оцениваемых коэффициентов модели ошибок калибруемых датчиков коэффициентов G-чувствительности. Определение этих коэффициентов особенно актуально для микромеханических ДУС, т.к. дрейфы, вызванные влиянием линейных ускорений на показания ДУС такого типа, могут достигать уровня 0.1°/c с и являются величинами одного порядка с нулевыми сигналами ДУС. Не включение данных коэффициентов в модель погрешностей ДУС приводит к неверному оцениванию нулевых сигналов ДУС.The disadvantage of this method is the absence among the estimated coefficients of the model errors calibrated sensors G-sensitivity coefficients. The determination of these coefficients is especially relevant for micromechanical TLS, since drifts caused by the influence of linear accelerations on the TLS readings of this type can reach the level of 0.1 ° / s and are of the same order of magnitude as the zero TLS signals. Failure to include these coefficients in the TLS error model leads to an incorrect assessment of the zero TLS signals.

Известен также способ калибровки ИИМ по каналу акселерометров [2], при проведении которого ИИМ закрепляют на платформе поворотного стола низкой точности, платформу поворотного стола разворачивают во всем диапазоне углов крена и тангажа относительно вектора ускорения свободного падения с фиксированным шагом, в каждом положении фиксируют показания акселерометров и углы поворотов, численными методами проводят идентификацию математической модели каждого акселерометра, в процессе идентификации проводят минимизацию суммарной невязки показаний датчиков при варьировании смещений шкал датчиков углов поворотов платформы и угловых смещений осей поворотов платформы, затем проводят привязку измерительного базиса акселерометров к осям ИИМ, для чего точно определяют ориентацию ИИМ в двух различных положениях относительно вектора ускорения свободного падения, при этом рассматриваемый способ не накладывает ограничений на число и расположение калибруемых акселерометров в составе ИИМThere is also known a method for calibrating IMI on the channel of accelerometers [2], during which IMI is fixed on the turntable platform of low accuracy, the turntable platform is deployed over the entire range of roll and pitch angles relative to the gravity acceleration vector with a fixed pitch, in each position the readings of the accelerometers are recorded and rotation angles, by numerical methods identify the mathematical model of each accelerometer, in the identification process, minimize the total discrepancy by sensor values when varying the displacements of the scales of the sensors of the platform rotation angles and the angular displacements of the platform rotation axes, then the measurement basis of the accelerometers is linked to the IIM axes, for which the orientation of the IIM in two different positions relative to the gravity acceleration vector is precisely determined, while the considered method does not impose restrictions on the number and location of calibrated accelerometers in the IIM

Недостатком данного способа является необходимость использования специальных устройств для точной регистрации углов поворота платформы, что усложняет конструкцию поворотной установки и методику калибровки.The disadvantage of this method is the need to use special devices for accurate registration of the rotation angles of the platform, which complicates the design of the rotary installation and the calibration procedure.

Известен широкодиапазонный стенд [3]. Стенд содержит поворотную платформу для крепления испытуемого измерителя и подвода к нему питания через кольцевой коллектор, персональную ЭВМ, в слоты которой встроена схема сопряжения с элементами управления испытательными характеристиками платформы и датчиками контролируемых параметров испытуемых измерителей, установленные на платформе охладитель воздуха, термоэлектрический модуль с микровибростолом и универсальную термокамеру.Known wide-range stand [3]. The stand contains a rotary platform for attaching the test meter and supplying power to it through an annular collector, a personal computer, in the slots of which there is an interface with control elements for the test characteristics of the platform and sensors for the controlled parameters of the tested meters, an air cooler, a thermoelectric module with a microvibration table and universal heat chamber.

Недостатком данного стенда являются большие габариты и сложность конструкции, что делает его применение для калибровки микромеханических инерциальных модулей экономически нецелесообразным.The disadvantage of this stand is the large size and complexity of the design, which makes its use for calibration of micromechanical inertial modules economically impractical.

Известен также широкодиапазонный стенд [4] для контроля параметров измерителей угловых скоростей, содержащий платформу для крепления контролируемого измерителя и подвода к нему питания через кольцевой коллектор, персональную ЭВМ, в слоты которой встроена схема сопряжения с элементами управления испытательными характеристиками платформы и датчиками контролируемых параметров испытуемых измерителей, шесть кварцевых маятниковых акселерометров, гироскопический ДУС, два геркона, магнит, механизм отслеживания, суммирующий двухканальный усилитель.Also known is a wide-range stand [4] for monitoring the parameters of angular velocity meters, containing a platform for attaching a controlled meter and supplying power to it through an annular collector, a personal computer, in the slots of which an interface circuit with control elements of the test characteristics of the platform and sensors of the controlled parameters of the tested meters is integrated , six quartz pendulum accelerometers, gyroscopic TLS, two reed switches, magnet, tracking mechanism, summing two-channel amplifier.

Известен также стенд для контроля прецизионных датчиков угловых скоростей [5], содержащий основание, имеющее возможность вращаться вокруг оси стенда и предназначенное для закрепления на нем контролируемого датчика угловой скорости, имеющего датчик угла, датчик момента, соединенные через усилитель обратной связи, электродвигатель привода стенда, редукцию, коллектор для подвода питания к контролируемому датчику угловой скорости, задатчик эталонного напряжения.There is also known a stand for monitoring precision angular velocity sensors [5], containing a base that can rotate around the axis of the stand and intended for fixing on it a controlled angular velocity sensor having an angle sensor, a torque sensor connected through a feedback amplifier, a stand drive motor, reduction, a collector for supplying power to a controlled angular velocity sensor, a reference voltage regulator.

Данные стенды не позволяют без перезакрепления контролировать параметры датчиков, имеющих 2 и более осей чувствительности.These stands do not allow without re-fixing to control the parameters of sensors having 2 or more axes of sensitivity.

Известен способ калибровки датчиков угловой скорости бесплатформенного ИИМ [6], реализованный в известном широкодиапазонном стенде (например, УПГ-48), обеспечивающем приблизительно горизонтальное задание вектора угловой скорости с фиксированным направлением в пространстве. С помощью стендового оборудования вращают ИИМ последовательно вокруг трех приблизительно ортогональных осей ИИМ. Во время вращения записывают показания ИИМ по каналу акселерометров, показания ДУС. По сигналам акселерометров определяют угловую скорость ИИМ в базисе акселерометров. Идентифицируя математическую модель ДУС, определяют нулевые сигналы ДУС, матрицу, описывающую масштабные коэффициенты, перекрестные связи, ориентацию осей чувствительности ДУС в ИИМ, матрицу, описывающую влияние линейного ускорения на показания ДУС. При этом автоматически обеспечивается привязка осей ДУС к измерительному базису акселерометров.A known method of calibrating the angular velocity sensors of the strapdown IIM [6], implemented in the well-known wide-range stand (for example, UPG-48), providing approximately horizontal definition of the angular velocity vector with a fixed direction in space. Using bench equipment, the IMI is rotated sequentially around three approximately orthogonal IIM axes. During rotation, the IMI readings are recorded on the channel of the accelerometers, the TLS readings. The signals of the accelerometers determine the angular velocity of the IMI in the basis of the accelerometers. By identifying the mathematical model of the TLS, zero TLS signals are determined, a matrix describing the scale factors, cross-connections, the orientation of the sensitivity axes of the TLS in the IMI, a matrix describing the effect of linear acceleration on the TLS readings. At the same time, the linkage of the DOS axes to the measuring basis of accelerometers is automatically ensured.

Недостатками данного способа являются:The disadvantages of this method are:

- необходимость предварительной калибровки акселерометров и переустановки ИИМ на платформе- the need for preliminary calibration of accelerometers and reinstallation of IMI on the platform

- определение вектора угловой скорости вращения ИИМ по сигналам акселерометров посредством формирования разделенной разности оценок углов ориентации ИИМ на соседних тактах их опроса, т.е. численного дифференцирования сигналов акселерометров, что приводит к высокой интенсивности случайной составляющей в формируемых оценках, принимаемых в данном способе калибровки датчиков угловой скорости за входное воздействие. Это значительно ограничивает достижимую точность калибровки.- determination of the angular velocity of rotation of the IIM vector from the signals of the accelerometers by forming a divided difference in the estimates of the angles of orientation of the IIM on adjacent clock cycles of their interrogation, i.e. the numerical differentiation of accelerometer signals, which leads to a high intensity of the random component in the generated estimates taken in this method of calibrating the angular velocity sensors for the input action. This greatly limits the achievable calibration accuracy.

Известен прецизионный полноповоротный углозадающий стол для испытаний элементов инерциальных приборов [7].Known precision full-swing angle table for testing elements of inertial devices [7].

Недостатком данного устройства является невозможность без перезакрепления ИИМ на платформе стенда осуществлять вращение ИИМ вокруг его некомпланарных осей.The disadvantage of this device is the inability to without rotation of the IIM on the platform of the stand to rotate the IIM around its non-coplanar axes.

Наиболее близким аналогом к заявляемому способу и устройству является способ и устройство калибровки инерциальных измерительных модулей [8]. Здесь способ калибровки ИИМ включает установку ИИМ с блоком записи информации на платформу устройства для калибровки, обеспечивающего задание угловой скорости двигателем вокруг трех приблизительно ортогональных осей (отклонение от ортогональности не должно превышать 5°), связанных с ИИМ, вращение ИИМ вокруг приблизительно горизонтальной оси (отклонение оси вращения от плоскости горизонта не должно превышать 20°) с переменными угловыми скоростями и идентификацию математических моделей ошибок датчиков ИИМ. При этом вращения вокруг трех приблизительно ортогональных осей системы координат, связанной с ИИМ, осуществляются после однократного закрепления ИИМ на платформе устройства, а оценивание составляющих как моделей ошибок ДУС, так и моделей ошибок акселерометров осуществляется на основе сопоставления углов разворота ИИМ по показаниям акселерометров и ДУС в результате единого цикла калибровочных движений. Записанные данные инерциальных датчиков используют для идентификации математических моделей ошибок датчиков ИИМ, в частности постоянных составляющих нулевых сигналов и погрешностей масштабных коэффициентов ДУС и акселерометров, углов отклонения измерительных осей ИИМ от оси вращения устройства для калибровки и коэффициентов g чувствительности ДУС.The closest analogue to the claimed method and device is a method and device for calibrating inertial measuring modules [8]. Here, the IIM calibration method includes installing the IIM with the information recording unit on the platform of the calibration device, which provides the angular velocity of the engine around three approximately orthogonal axes (deviation from orthogonality should not exceed 5 °) associated with the IIM, rotating the IIM around an approximately horizontal axis (deviation axis of rotation from the horizon plane should not exceed 20 °) with variable angular velocities and identification of mathematical models of errors of IIM sensors. In this case, rotations around the three approximately orthogonal axes of the coordinate system associated with the IMT are carried out after the IMI is fixed once on the device platform, and the components of both the TLS error models and the accelerometer error models are evaluated based on the comparison of the rotation angles of the IIM according to the readings of the accelerometers and TLS in the result of a single cycle of calibration movements. The recorded data of inertial sensors are used to identify mathematical models of errors of IIM sensors, in particular, constant components of zero signals and errors of scale factors of the TLS and accelerometers, angles of deviation of the measuring axes of the TEM from the axis of rotation of the device for calibration, and sensitivity coefficients g of the TLS.

Устройство, реализующее данный способ, содержит двигатель, который вращает внешнюю рамку карданового подвеса (КП), фиксатор внутренней рамки, позволяющий устанавливать в определенные угловые положения внутреннюю рамку КП относительно внешней рамки, фиксатор платформы, позволяющий устанавливать в определенные угловые положения платформу относительно внутренней рамки КП. На платформе устройства располагается испытуемый ИИМ с устройством записи информации. Платформа устройства может быть снабжена интерфейсом беспроводной передачи информации.A device that implements this method comprises an engine that rotates the outer frame of the cardan suspension (KP), an internal frame lock that allows you to set the internal frame of the KP in certain angular positions relative to the external frame, a platform lock that allows you to set the platform in relative angular positions relative to the internal frame of the KP . On the platform of the device is the test IIM with a device for recording information. The device platform may be equipped with a wireless information transfer interface.

Недостатком данного способа и устройства является недостаточная точность оцениваемых параметров математических моделей датчиков ИИМ и нарушение работоспособности на малых скоростях вращения платформы в связи:The disadvantage of this method and device is the lack of accuracy of the estimated parameters of the mathematical models of IIM sensors and disruption at low speeds of rotation of the platform due to:

а) с наличием в сигналах акселерометров составляющих, обусловленных смещением их чувствительных элементов относительно оси вращения платформы - это приводит к смещению оценок нулевых сигналов акселерометров от истинных значений на величины:a) with the presence in the signals of the accelerometers of components due to the displacement of their sensitive elements relative to the axis of rotation of the platform - this leads to a shift in the estimates of zero signals of the accelerometers from the true values by:

Figure 00000001
Figure 00000001

где ωх1 - угловая скорость вращения платформы, r2, r3, - смещение чувствительных элементов в перпендикулярных оси вращения направлениях. Что при равномерно нарастающе-убывающей скорости вращения в цикле калибровки определяется по формуле:where ω x1 is the angular velocity of rotation of the platform, r 2 , r 3 , is the displacement of the sensitive elements in directions perpendicular to the axis of rotation. That with a uniformly increasing-decreasing rotation speed in the calibration cycle is determined by the formula:

Figure 00000002
Figure 00000002

где t1 - длительность периода нарастания скорости от 0 до максимальной, сек; ωmax - максимальная задаваемая угловая скорость, °/c.where t 1 - the duration of the period of increase in speed from 0 to maximum, sec; ω max - the maximum specified angular velocity, ° / s.

Для цикла 3-осной калибровки длительностью 30 минут (t1=150 с), диапазоном задаваемых угловых скоростей ±400°/c (ωmax=400°/с) и смещением чувствительного элемента на расстояние 1 см от оси вращения (r2=0.01 м) в соответствии с формулой (2) ΔΔWx2 будет равно:For a 3-axis calibration cycle with a duration of 30 minutes (t 1 = 150 s), a range of angular velocities of ± 400 ° / s (ω max = 400 ° / s) and a displacement of the sensor element 1 cm from the axis of rotation (r 2 = 0.01 m) in accordance with formula (2) Δ ΔWx2 will be equal to:

Figure 00000003
,
Figure 00000003
,

что в несколько раз больше значения нулевого сигнала при инициализации современных ИИМ (8 mg - ADIS 16385, 3 mg - ADIS 16485).which is several times greater than the value of the zero signal during the initialization of modern IMI (8 mg - ADIS 16385, 3 mg - ADIS 16485).

b) с нестабильностью скорости вращения двигателя при наличии несбалансированности платформы с установленным ИИМ относительно оси вращения.b) with instability of the engine rotation speed in the presence of an imbalance of the platform with the installed IMI relative to the axis of rotation.

В соответствии с [1] уравнение работы двигателя постоянного тока с широтно-импульсным управлением имеет вид:In accordance with [1], the equation of operation of a DC motor with pulse-width control is:

Figure 00000004
Figure 00000004

где ψ - потокосцепление якоря, [н⋅м/а], k - максимальное значение питающего двигатель напряжения, [В], sU - коэффициент заполнения сигнала управления, R - сопротивление обмоток двигателя, [Ом], Мс - момент сопротивления на валу двигателя, [H⋅м], J - момент инерции вращаемой двигателем конструкции, приведенный к валу двигателя, [кг⋅м], Ω - угловая скорость вращения вала двигателя, [рад/с].where ψ is the anchor flux linkage, [n⋅m / a], k is the maximum value of the voltage supplying the motor, [V], s U is the fill factor of the control signal, R is the resistance of the motor windings, [Ohm], M s is the moment of resistance at the motor shaft, [H⋅m], J is the moment of inertia of the structure rotated by the engine, reduced to the motor shaft, [kg⋅m], Ω is the angular speed of rotation of the motor shaft, [rad / s].

В установившемся режиме будем иметьIn steady state we will have

Figure 00000005
Figure 00000005

Поскольку ось вращения стенда расположена горизонтально, при наличии несбалансированности вращающейся части момент сопротивления на валу двигателя будет меняться в зависимости от угла поворота вала рамки, что будет приводить к колебаниям угловой скорости вращения вала двигателя синхронно с вращением рамки. Амплитуда колебаний угловой скорости, будет зависеть от m - массы вращающейся части, Δr - расстояния, на которое смещен центр масс, n - передаточного отношения редуктор, R - сопротивления обмоток двигателя, и ψ - потокозацепления якоря в соответствии с выражением:Since the axis of rotation of the stand is horizontal, if there is an imbalance in the rotating part, the moment of resistance on the motor shaft will change depending on the angle of rotation of the frame shaft, which will lead to fluctuations in the angular velocity of rotation of the motor shaft synchronously with the rotation of the frame. The amplitude of the angular velocity oscillations will depend on m - the mass of the rotating part, Δr - the distance by which the center of mass is displaced, n - the gear ratio of the gearbox, R - the resistance of the motor windings, and ψ - the armature flux linkage in accordance with the expression:

Figure 00000006
Figure 00000006

Например, при использовании двигателя CL1625 (1212) и редуктора Zonhwa 16Р будем иметь:For example, when using the CL1625 engine (1212) and the Zonhwa 16P gearbox, we will have:

Figure 00000007
Figure 00000007

При этом вариации скорости вращения платформы будут следующие:In this case, the variations in the rotation speed of the platform will be as follows:

Figure 00000008
Figure 00000008

что при калибровке ИИМ на малых скоростях вращения платформы

Figure 00000009
составит порядка 10%. При использовании двигателя меньших габаритов и меньшей стоимости, а значит меньшей мощности, во время калибровки ИИМ на малых скоростях вращения платформы возможно снижение скорости до полной остановки вращения (моменты сил сопротивления в сумме с моментом небаланса превысят вращающий момент).that when calibrating IIM at low speeds of rotation of the platform
Figure 00000009
will be about 10%. When using an engine of smaller dimensions and lower cost, and therefore lower power, during the calibration of IMI at low speeds of rotation of the platform, it is possible to reduce the speed to a complete stop of rotation (the moments of resistance forces in total with the moment of unbalance will exceed the torque).

Недостатком данного устройства также является нарушение балансировки платформы при установке различных моделей ИИМ с разными весогабаритными параметрами.The disadvantage of this device is also a violation of the balancing of the platform when installing various models of IIM with different weight and size parameters.

Технической проблемой разрабатываемых способа и устройства является недостаточная точность определения калибруемых параметров и обеспечение работоспособности при калибровке ИИМ с разными весогабаритными параметрами.The technical problem of the developed method and device is the lack of accuracy in determining calibrated parameters and ensuring operability in the calibration of IIM with different weight and size parameters.

Техническим результатом для способа и устройства является снижение влияния на точность определения калибруемых параметров ИИМ:The technical result for the method and device is to reduce the impact on the accuracy of determining calibrated parameters of IMI:

- смещения его чувствительных элементов относительно оси вращения платформы;- displacement of its sensitive elements relative to the axis of rotation of the platform;

- остаточной несбалансированности платформы с закрепленным ИИМ.- residual imbalance of the platform with a fixed IMI.

Указанный технический результат для способа достигается тем, что в известном способе калибровки ИИМ, включающем закрепление ИИМ на платформе калибровочного стенда с обеспечением совпадения одной из измерительных осей ИИМ с осью вращения двигателя стенда с допустимым отклонением не более 5°, вращение платформы с закрепленным ИИМ с изменяющейся угловой скоростью вокруг 3-х взаимно перпендикулярных осей платформы, запись измеренных датчиками ИИМ проекций угловых скоростей и кажущихся ускорений, оценивание составляющих моделей ошибок датчиков ИИМ, включающих погрешности масштабного коэффициента и нулевые сигналы акселерометров, погрешности масштабного коэффициента, нулевые сигналы и коэффициенты g - чувствительности датчиков угловой скорости, осуществляемое на основе записанных проекций угловых скоростей и кажущихся ускорений дополнительно выполняют:The specified technical result for the method is achieved by the fact that in the known method for calibrating the IMI, including fixing the IMI on the platform of the calibration bench, ensuring that one of the measuring axes of the IMI coincides with the axis of rotation of the motor of the stand with a permissible deviation of not more than 5 °, the rotation of the platform with the fixed IMI with varying angular velocity around 3 mutually perpendicular axes of the platform, recording projections of angular velocities and apparent accelerations measured by IIM sensors, estimation of component error models yes IMI sensors, including errors of the scale factor and zero signals of accelerometers, errors of the scale factor, zero signals and coefficients g - sensitivity of the angular velocity sensors, carried out on the basis of the recorded projections of the angular velocities and apparent accelerations, additionally perform:

а) оценивание и компенсацию в сигналах акселерометров составляющих, обусловленных смещением их чувствительных элементов относительно оси вращения платформы;a) evaluation and compensation of components in the accelerometer signals due to the displacement of their sensitive elements relative to the axis of rotation of the platform;

б) оценивание остаточной несбалансированности платформы с закрепленным ИИМ и введение компенсирующих ее сигналов в контур управления двигателя стенда.b) assessment of the residual imbalance of the platform with a fixed IMI and the introduction of compensating signals to the control circuit of the stand engine.

Указанный технический результат для устройства достигается тем, что в известное устройство для калибровки ИИМ, включающее двигатель и платформу с размещенными на ней ИИМ и блоком записи информации, между двигателем и платформой размещен кардановый подвес с внутренней рамой и фиксатором, выполненным с возможностью обеспечения взаимно ортогональных положений внутренней рамки и расположенным на ее оси; между платформой и внутренней рамкой размещен фиксатор платформы, позволяющий устанавливать платформу во взаимно ортогональные положения относительно внутренней рамки дополнительно введено устройство управления двигателем по сигналам гироскопов с учетом оценивания остаточной несбалансированности, позволяющая стабилизировать скорость вращения платформы в широком диапазоне скоростей.The specified technical result for the device is achieved by the fact that in the known device for calibrating the IMI, including the engine and the platform with the IMI and the information recording unit, between the engine and the platform there is a gimbal with an internal frame and a latch configured to provide mutually orthogonal positions inner frame and located on its axis; a platform lock is placed between the platform and the internal frame, which allows the platform to be installed in mutually orthogonal positions relative to the internal frame; an engine control device is additionally introduced according to the gyro signals taking into account the estimation of residual imbalance, which allows stabilizing the platform rotation speed over a wide range of speeds.

Изобретение поясняется чертежами. На фиг. 1 представлена кинематическая схема устройства, реализующего предлагаемый способ, на фиг. 2 - схема поворотов, на фиг. 3 - функциональная схема варианта реализации устройства управления двигателем, на фиг. 4 - опытный образец предлагаемого устройства.The invention is illustrated by drawings. In FIG. 1 shows a kinematic diagram of a device that implements the proposed method, FIG. 2 is a diagram of turns, in FIG. 3 is a functional diagram of an embodiment of an engine control device; FIG. 4 - a prototype of the proposed device.

На чертежах приняты следующие обозначения:In the drawings, the following notation:

1 - управляемый двигатель,1 - controlled engine,

2 - опоры внутренней рамы 5 КП,2 - supports of the inner frame 5 KP,

3 - фиксатор внутренней рамы 5 КП,3 - retainer of the inner frame 5 KP,

4 - внешняя рама КП,4 - the outer frame of the gearbox,

5 - внутренняя рама КП,5 - the inner frame of the gearbox,

6 - опоры внешней рамы 4 КП (основание устройства),6 - supports of the outer frame 4 of the gearbox (the base of the device),

7 - ИИМ,7 - IIM,

8 - платформа,8 - platform

9 - фиксатор внешней рамы 4 КП,9 - retainer of the outer frame 4 of the gearbox,

10 - устройство управления двигателем по сигналам гироскопов с учетом оценивания остаточной несбалансированности,10 - a device for controlling the engine according to the signals of gyroscopes, taking into account the assessment of residual imbalance,

11 - ось внешней рамы 4 КП,11 - axis of the outer frame 4 of the gearbox,

12 - ось внутренней рамы 5 КП,12 - axis of the inner frame 5 of the gearbox,

13 - ось платформы 8,13 - axis of the platform 8,

Oξηζ - система координат, связанная с плоскостью горизонта,Oξηζ - coordinate system associated with the horizon plane,

Oxyz - «объектовая» система координат, связанная с конструктивными осями устройства для калибровки. Ось Ох совпадает с осью 11 наружной рамы 6 КП. Ось Oz - с осью 12 внутренней рамы 5 КП. Ось Оу перпендикулярна осям Ох и Oz.Oxyz is an “object” coordinate system associated with the structural axes of a calibration device. The axis Oh coincides with the axis 11 of the outer frame 6 of the CP. Axis Oz - with axis 12 of the inner frame 5 of the gearbox. The Oy axis is perpendicular to the Ox and Oz axes.

Ox1x2x3 - приборная система координат жестко связанная с ИИМ 7.Ox 1 x 2 x 3 - instrument coordinate system is tightly connected with IIM 7.

ψс,θс,γс - углы Эйлера-Крылова, описывающие ориентацию системы координат Oxyz относительно Oξηζ.ψ с , θс, γ с - Euler-Krylov angles describing the orientation of the coordinate system Oxyz relative to Oξηζ.

α1, β1 - углы погрешностей установки ИИМ, описывающие ориентацию системы координат Оx1x2x3 относительно Oxyz.α 1 , β 1 are the error angles of the IIM installation, which describe the orientation of the coordinate system Ox 1 x 2 x 3 relative to Oxyz.

Предлагаемое устройство для калибровки содержит двигатель 1, платформу 8, КП, устанавливаемый между двигателем 1 и платформой 8 в опорах 6 и включающий внешнюю раму 4 и внутреннюю раму 5, фиксатор 3 внутренней рамы 5, фиксатор 9 платформы 8. Внешняя рама 4 установлена во внутреннюю раму 5 в опорах 2. На платформе 8 расположен испытуемый ИИМ 7 с устройством записи и беспроводной передачи информации. Устройство 10 управления двигателем по сигналам ИИМ с учетом оценивания остаточной несбалансированности расположено на основании 6 устройства для калибровки и может быть выполнено в виде электронного блока, содержащего микропроцессор, драйвер двигателя и блок питания.The proposed device for calibration includes an engine 1, platform 8, gearbox, installed between the engine 1 and platform 8 in the bearings 6 and including an external frame 4 and an internal frame 5, a latch 3 of the inner frame 5, a latch 9 of the platform 8. The outer frame 4 is installed in the inner frame 5 in the supports 2. On the platform 8 is the test IIM 7 with a recording device and wireless transmission of information. The engine control device 10 according to the IMI signals, taking into account the estimation of residual imbalance, is located on the base 6 of the calibration device and can be made in the form of an electronic unit containing a microprocessor, an engine driver, and a power supply.

Пример конкретного исполнения устройства управления двигателем поясняется фиг. 3.An example of a specific embodiment of the engine control device is illustrated in FIG. 3.

Устройство работает следующим образом. Двигатель 1 вращает внешнюю раму 4 КП вокруг оси 11, установленной в опорах 6. Посредством фиксатора 3 внутренней рамы 5 устанавливают внутреннюю рамку 5 КП в положения, при которых ось 13 и ось 11 либо параллельны, либо перпендикулярны друг другу. Посредством фиксатора 9 платформы 8 устанавливают платформу 8 относительно внутренней рамки 5 КП во взаимно ортогональные положения.The device operates as follows. The engine 1 rotates the outer frame 4 of the gearbox around the axis 11 installed in the bearings 6. By means of the latch 3 of the inner frame 5, the inner frame 5 of the gearbox is set to the positions in which the axis 13 and axis 11 are either parallel or perpendicular to each other. By means of the latch 9 of the platform 8, the platform 8 is installed relative to the inner frame 5 of the gearbox in mutually orthogonal positions.

Съем информации с испытуемого ИИМ 7 осуществляют либо с помощью блока записи информации, расположенного на платформе 8 устройства для калибровки, либо с помощью интерфейса беспроводной передачи данных. В этом случае передатчик для беспроводной передачи данных размещается на платформе 8 устройства для калибровки, а приемник с блоком записи информации или устройством обработки информации размещается на основании 6 устройства для калибровки или вне его. Подача питания на ИИМ 7 осуществляется либо через скользящие токоподводы, расположенные на валу внешней рамы 4 КП, либо от аккумуляторов, расположенных непосредственно на платформе 8 устройства для калибровки.The information is taken from the subject IMI 7 either using the information recording unit located on the platform 8 of the calibration device, or using the wireless data transmission interface. In this case, the transmitter for wireless data transmission is located on the platform 8 of the calibration device, and the receiver with the information recording unit or information processing device is located on the basis of the 6 calibration device or outside it. The power supply to the IIM 7 is carried out either through sliding current leads located on the shaft of the outer frame 4 of the gearbox, or from batteries located directly on the platform 8 of the calibration device.

Предлагаемый способ калибровки осуществляют следующим образом.The proposed calibration method is as follows.

Ось 11 вращения внешней рамки 4 КП располагают приблизительно горизонтально (допустимое отклонение оси 11 вращения внешней рамки 4 КП от плоскости горизонта не должно превышать 20°), что делает возможным использование для измерения угла поворота ИИМ 7 относительно плоскости горизонта сигналов акселерометров испытуемого ИИМ 7. Для этого ИИМ 7 устанавливают на платформу 8 устройства для калибровки таким образом, чтобы ось 11 вращения двигателя 1 совпадала с осью Ox1 с отклонением не более 5°. После этого с помощью двигателя 1 задают вращение ИИМ 7 с изменяемой угловой скоростью. Варьирование угловой скорости вращения обусловлено необходимостью разделения скорости дрейфа и погрешности масштабного коэффициента ДУС, что невозможно в случае постоянной скорости вращения. Отметим, что при выборе диапазона изменения скорости вращения необходимо исходить из диапазона измерения ДУС. Затем платформу 8 с установленным на ней ИИМ 7 поворачивают на 90° относительно оси 13, обеспечивая тем самым совпадение оси Ох3 с осью 11 вращения двигателя 1 с отклонением не более 5° и повторяют цикл вращений. После этого разворачивают внутреннюю раму 5 КП на 90° относительно внешней рамы 4, обеспечивая тем самым совпадение оси Ох2 с осью 11 вращения двигателя 1 с отклонением не более 5° и повторяют цикл вращений. Записывают измеренные при вращении платформы 8 датчиками ИИМ 7 проекции угловых скоростей и кажущихся ускорений на измерительные оси ИИМ 7.The rotation axis 11 of the outer frame 4 of the gearbox is positioned approximately horizontally (the permissible deviation of the axis of rotation 11 of the outer frame 4 of the gearbox from the horizontal plane should not exceed 20 °), which makes it possible to use the signals of the accelerometers of the tested IMI 7 to measure the angle of rotation of the IMF 7. For this IIM 7 is installed on the platform 8 of the device for calibration so that the axis 11 of rotation of the engine 1 coincides with the axis Ox 1 with a deviation of not more than 5 °. After that, using the engine 1 set the rotation of the IMI 7 with a variable angular velocity. The variation in the angular velocity of rotation is due to the need to separate the drift velocity and the error of the scale factor of the TLS, which is impossible in the case of a constant rotation speed. Note that when choosing a range of changes in rotation speed, it is necessary to proceed from the range of measurements of the TLS. Then the platform 8 with the installed IMI 7 is rotated 90 ° relative to the axis 13, thereby ensuring the coincidence of the axis Ox 3 with the axis 11 of rotation of the engine 1 with a deviation of not more than 5 ° and repeat the rotation cycle. After that, the inner frame 5 of the gearbox is rotated 90 ° relative to the outer frame 4, thereby ensuring that the axis Ox 2 coincides with the axis 11 of rotation of the engine 1 with a deviation of not more than 5 ° and the rotation cycle is repeated. The projections of the angular velocities and apparent accelerations measured on the measuring axes of the IMI 7, measured during the rotation of the platform by 8 IMI 7 sensors, are recorded.

На основе полученных в результате испытаний данных инерциальных датчиков наряду с оцениванием нулевых сигналов и погрешностей масштабных коэффициентов акселерометров и ДУСов, коэффициентов g-чувствительности ДУСов и углов погрешностей установки ИИМ также оценивают в сигналах акселерометров составляющие, обусловленные смещением их чувствительных элементов относительно оси вращения платформы, оценивают остаточную несбалансированность платформы с закрепленным ИИМ и вводят в сигнал устройства 10 управления двигателем 1 компенсирующие ее сигналы.On the basis of the data of inertial sensors obtained as a result of testing, along with the estimation of zero signals and errors of scale factors of accelerometers and DLSs, g-sensitivity coefficients of DLS and error angles of the IIM setup, the components due to the displacement of their sensitive elements relative to the axis of rotation of the platform are also evaluated; residual imbalance of the platform with a fixed IMI and compensating are introduced into the signal of the device 10 of the engine control 1 e her signals.

При построении математического аппарата, используемого для получения оценок составляющих математической модели ошибок датчиков ИИМ 7, введено допущение о том, что за период проведения калибровки нестабильность калибруемых параметров не превышает допустимую погрешность. А также учтено, что акселерометры расположены на платформе калибровочного устройства так, что центры масс их чувствительных элементов смещены на расстояние r2 и r3.When constructing the mathematical apparatus used to obtain estimates of the components of the mathematical model of the errors of the IMI 7 sensors, the assumption is made that during the calibration period the instability of the calibrated parameters does not exceed the permissible error. It is also taken into account that the accelerometers are located on the platform of the calibration device so that the centers of mass of their sensitive elements are displaced by a distance of r 2 and r 3 .

В этом случае к составляющим сигналов акселерометров, вызванных ускорением сил тяжести, добавятся составляющие, вызванные центростремительными ускорениями. С учетом их при вращении вокруг оси x1 кажущиеся ускорения по двум другим осям измерительного триэдра будут определяться следующими выражениями:In this case, components caused by centripetal accelerations will be added to the components of the accelerometer signals caused by the acceleration of gravity. Taking them into account when rotating around the x 1 axis, the apparent accelerations along the two other axes of the measuring trihedron will be determined by the following expressions:

Figure 00000010
Figure 00000010

Проведенные ранее исследования показали, что при калибровке микромеханических ИИМ требуют идентификации следующие параметры:Previous studies have shown that, when calibrating micromechanical IMI, the following parameters require identification:

а) для ИИМ: матрица, описывающая отклонение осей чувствительности инерциальных датчиков от оси вращения (отметим, что погрешность установки модуля на платформу устройства для калибровки на практике значительно превышает взаимную неортогональность осей чувствительности датчиков в ИИМ).a) for IMI: a matrix describing the deviation of the sensitivity axes of inertial sensors from the axis of rotation (note that the error in installing the module on the platform of the calibration device in practice significantly exceeds the mutual non-orthogonality of the sensitivity axes of the sensors in IMI).

Figure 00000011
Figure 00000011

б) для акселерометров: погрешности масштабных коэффициентов δkWj и нулевые сигналы ΔWxj;b) for accelerometers: errors of scale factors δk Wj and zero signals ΔW xj ;

с) для ДУС: погрешности масштабных коэффициентов δkωj, постоянные составляющие скоростей дрейфа Δωxj и коэффициенты g-чувствительности Kji.c) for TLS: errors of scale factors δk ωj , constant components of drift velocities Δω xj and g-sensitivity coefficients K ji .

Математическая модель выходных сигналов акселерометров

Figure 00000012
в этом случае примет вид:The mathematical model of the output signals of accelerometers
Figure 00000012
in this case will take the form:

Figure 00000013
Figure 00000013

Математическая модель выходных сигналов ДУС

Figure 00000014
будет иметь вид:The mathematical model of the output signals of the TLS
Figure 00000014
will look like:

Figure 00000015
Figure 00000015

Для обработки данных реализуется 2 типа алгоритмов:For data processing, 2 types of algorithms are implemented:

Первый алгоритм основан на методе наименьших квадратов. Позволяет получать точечные оценки составляющих моделей датчиков. Данный алгоритм используется для быстрой калибровки в автоматическом режиме. Для его реализации данные, собранные с датчиков ИИМ 7 подставляются в функции, выведенные в соответствии с методом наименьших квадратов из (2) и (3) при условии вращения ИИМ вокруг оси 11, отклоненной от оси Ox1 на угол не более 5°:The first algorithm is based on the least squares method. Allows you to get point estimates of component models of sensors. This algorithm is used for quick calibration in automatic mode. For its implementation, the data collected from the IIM 7 sensors are substituted into the functions derived in accordance with the least squares method from (2) and (3) provided that the IIM rotates around axis 11 deviated from the axis Ox 1 by an angle of no more than 5 °:

Figure 00000016
Figure 00000016

Figure 00000017
Figure 00000017

Figure 00000018
Figure 00000018

Figure 00000019
Figure 00000019

Figure 00000020
Figure 00000020

Коэффициенты математических моделей погрешностей датчиков ИИМ (ΔW2, ΔW3, δk2 W, δk3 W, δkω1, k12, k13, Δωx1, β1, α1, Δωx2, Δωx3, k23, k31, r2, r3), при которых достигается минимум функций (11)-(15) являются искомыми.Coefficients of mathematical models of errors of IIM sensors (ΔW 2 , ΔW 3 , δk 2 W , δk 3 W , δk ω1 , k 12 , k 13 , Δω x1 , β 1 , α 1 , Δω x2 , Δω x3 , k 23 , k 31 , r 2 , r 3 ) at which the minimum of functions (11) - (15) is achieved are the desired ones.

Если ИИМ 7 находится в положении, в котором ось Ох2 ИИМ 7 отклонена от оси 11 на угол, не превышающий 5°, то минимизируемые функции получают циклической перестановкой коэффициентов в (11)-(15) 1→2→3→1.If IIM 7 is in a position in which the Ox2 axis of III 7 is deviated from axis 11 by an angle not exceeding 5 °, then the minimized functions are obtained by cyclic permutation of the coefficients in (11) - (15) 1 → 2 → 3 → 1.

Если ИИМ 7 находится в положении, в котором ось Ох3 ИИМ 7 отклонена от оси 11 на угол, не превышающий 5°, то минимизируемые функции получают циклической перестановкой коэффициентов в (11)-(15) 1→3→2→1.If IIM 7 is in a position in which the axis of Ax 3 IMI 7 is deviated from axis 11 by an angle not exceeding 5 °, then the minimized functions are obtained by cyclic permutation of the coefficients in (11) - (15) 1 → 3 → 2 → 1.

Второй алгоритм основан на методе оптимальной фильтрации. Позволяет получать временные реализации составляющих моделей датчиков. Данный метод используется при необходимости детального анализа погрешностей датчиков. Для его реализации на основе измеренных датчиками ИИМ 7 проекций угловых скоростей и кажущихся ускорений формируют измерения yj(ti). При условии вращения ИИМ 7 вокруг оси 11, отклоненной от оси Ox1 ИИМ на угол не более 5°, измерения yj(ti) будут иметь вид:The second algorithm is based on the optimal filtering method. Allows you to get temporary implementations of component models of sensors. This method is used when a detailed analysis of sensor errors is necessary. For its implementation, on the basis of 7 projections of angular velocities and apparent accelerations measured by the IMI sensors, measurements y j (t i ) are formed. Under the condition of rotation of IIM 7 around axis 11, deviated from the axis of Ox 1 IIM by an angle of not more than 5 °, the measurements y j (t i ) will be:

Figure 00000021
Figure 00000021

Figure 00000022
Figure 00000022

где

Figure 00000023
,
Figure 00000024
,
Figure 00000025
- проекции сигналов акселерометров на оси Оξ, Оη, Oζ после вычитания из них ускорения сил тяжести g. При известной (или вычисленной по сигналам гироскопов и акселерометров ИИМ 7) матрице направляющих косинусов А между осями систем координат Oξηζ и Ox1x2x3 их находят из следующего соотношения.Where
Figure 00000023
,
Figure 00000024
,
Figure 00000025
- projection of the accelerometer signals on the axis Oξ, Oη, Oζ after subtracting from them the acceleration of gravity g. If the matrix of guiding cosines A between the axes of the coordinate systems Oξηζ and Ox 1 x 2 x 3 is known (or calculated from the signals of gyroscopes and accelerometers IMI 7), they are found from the following relation.

Figure 00000026
Figure 00000026

В результате вектор измерения

Figure 00000027
будет иметь вид:The resulting measurement vector
Figure 00000027
will look like:

Figure 00000028
Figure 00000028

где C - матрица измерения.where C is the measurement matrix.

Figure 00000029
Figure 00000029

V - вектор шумов измерения;V is the measurement noise vector;

X - вектор состоянияX is the state vector

Figure 00000030
Figure 00000030

Для оценивания элементов вектора состояния X по измерениям Y применяется процедура оптимальной фильтрации.To evaluate the elements of the state vector X by measurements of Y, the optimal filtering procedure is used.

Если ИИМ находится в положении, в котором ось х2 отклонена от оси вращения на угол, не превышающий 5°, то соотношения для алгоритма оценивания элементов вектора состояния получают циклической перестановкой коэффициентов в (16)-(17) 1→2→3→1,If the IMI is in a position in which the x 2 axis is deviated from the rotation axis by an angle not exceeding 5 °, then the relations for the algorithm for estimating the elements of the state vector are obtained by cyclic permutation of the coefficients in (16) - (17) 1 → 2 → 3 → 1 ,

Если ИИМ находится в положении, в котором ось х3 отклонена от оси вращения на угол, не превышающий 5°, то соотношения для алгоритма оценивания элементов вектора состояния получают циклической перестановкой коэффициентов в (16)-(17) 1→3→2→1If the IMI is in a position in which the x 3 axis is deviated from the rotation axis by an angle not exceeding 5 °, then the relations for the algorithm for estimating the elements of the state vector are obtained by cyclic permutation of the coefficients in (16) - (17) 1 → 3 → 2 → 1

Для компенсации остаточной несбалансированности платформы с помощью устройства управления двигатель реализует отрицательную обратную связь по отклонению скорости вращения платформы от заданной в сумме с управляющим сигналом, учитывающим оценки параметров небаланса. Для этого управляющий сигнал двигателя формируют в следующем виде:To compensate for the residual platform imbalance using the control device, the engine implements negative feedback on the deviation of the platform rotation speed from the set one in total with the control signal taking into account estimates of unbalance parameters. For this, the control signal of the engine is formed in the following form:

Figure 00000031
Figure 00000031

где ШИМ(ωx1) - скважность напряжения, сформированного в виде широтно-импульсно модулированного (ШИМ) сигнала;where PWM (ω x1 ) is the duty cycle of the voltage generated in the form of a pulse-width modulated (PWM) signal;

Figure 00000032
- величина скважности напряжения, приводящая к вращению сбалансированного устройства на заданной скорости ωх1, задается, исходя из статической характеристики двигателя;
Figure 00000032
- the magnitude of the duty cycle voltage, leading to the rotation of the balanced device at a given speed ω x1 , is set based on the static characteristics of the engine;

Figure 00000033
- амплитуда гармонической составляющей ШИМ, определяемая для каждой задаваемой угловой скорости
Figure 00000034
;
Figure 00000033
- the amplitude of the harmonic component of the PWM, determined for each given angular velocity
Figure 00000034
;

γ - угол разворота платформы вокруг оси вращения стенда, вычисляется по показаниям гироскопов и акселерометров;γ is the angle of the platform’s rotation around the axis of rotation of the stand, is calculated according to the readings of gyroscopes and accelerometers;

γнб - сдвиг гармонической составляющей управляющего сигнала двигателя относительно угла разворота платформы, постоянна для одного и того же положения однотипного ИИМ.γ nb is the shift of the harmonic component of the control signal of the engine relative to the angle of rotation of the platform, constant for the same position of the same type of IMI.

Для оценки

Figure 00000035
и γнб задают
Figure 00000036
для каждой угловой скорости, задаваемой на этапе калибровки. Полученные в процессе записи сигналов ИИМ значения угловой скорости
Figure 00000037
и угла
Figure 00000038
разворота платформы стенда подставляются в формулу (18)For rate
Figure 00000035
and γ nb are given
Figure 00000036
for each angular velocity specified at the calibration stage. The values of angular velocity obtained in the process of recording IMI signals
Figure 00000037
and angle
Figure 00000038
U-turns of the stand platform are substituted in the formula (18)

Figure 00000039
Figure 00000039

Коэффициенты

Figure 00000040
Figure 00000041
, при которых достигается минимум функции (19) являются искомыми. Полученные
Figure 00000042
и
Figure 00000043
с помощью статической характеристики двигателя пересчитывают в
Figure 00000044
и
Figure 00000045
.Odds
Figure 00000040
Figure 00000041
at which the minimum is achieved, functions (19) are the desired ones. Received
Figure 00000042
and
Figure 00000043
using the static characteristics of the engine are converted to
Figure 00000044
and
Figure 00000045
.

Применение математического аппарата, построенного на основе метода наименьших квадратов или оптимальной фильтрации, позволяет при обработке собранных во время процедуры быстрой калибровки показаний датчиков ИИМ вычислять составляющие математической модели ошибок ИИМ, в частности, нулевые сигналы и погрешности масштабных коэффициентов ДУС и акселерометров, смещение чувствительных элементов акселерометров относительно оси вращения платформы, коэффициенты g-чувствительности ДУС, ориентацию измерительных осей ИИМ относительно оси вращения и параметры остаточной несбалансированности платформы относительно оси вращения. Затем с помощью устройства управления двигателем компенсируется влияние остаточной несбалансированности платформы на точность оцениваемых параметров ИИМ, что позволяет проводить калибровку ИИМ с разными весо-габаритными параметрами при использовании маломощных и малогабаритных двигателей.The use of a mathematical apparatus based on the least squares method or optimal filtering allows the processing of the readings of the IMI sensors collected during the quick calibration procedure to calculate the components of the mathematical model of IIM errors, in particular, zero signals and errors of the scale factors of the TLS and accelerometers, the displacement of the sensitive elements of the accelerometers relative to the axis of rotation of the platform, coefficients of g-sensitivity of the TLS, the orientation of the measuring axes of IMI relative to the axis in ascheniya parameters and residual imbalance platform relative to the axis of rotation. Then, using the engine control device, the effect of the residual platform imbalance on the accuracy of the estimated IMI parameters is compensated, which allows calibrating the IMI with different weight and size parameters when using low-power and small-sized engines.

Данным изобретением обеспечивается технологичность калибровки на уровне способов, реализованных с помощью многоосных калибровочных стендов при значительном упрощении конструкции, уменьшении массы и габаритов и значительном снижении стоимости калибровочного оборудования.This invention provides technological calibration at the level of methods implemented using multi-axis calibration stands with a significant simplification of the design, reducing weight and dimensions and significantly reducing the cost of calibration equipment.

Таким образом, использование предлагаемых способа и устройства позволяет повысить точность определения калибруемых параметров и обеспечить работоспособность устройства при калибровке инерциальных модулей с разными весо-габаритными параметрами.Thus, the use of the proposed method and device can improve the accuracy of determining calibrated parameters and ensure the operability of the device when calibrating inertial modules with different weight and size parameters.

Опытный образец предлагаемого устройства для калибровки создан коллективом ООО «Автоматизированные измерительные системы и технологии» и проходит испытания.A prototype of the proposed device for calibration created by the team of LLC “Automated measuring systems and technologies” and is being tested.

Список использованных источниковList of sources used

1. Пат. US 2014372063 (A1) US, МПК7 G01P 21/00. Quick calibration method for inertial measurement unit/ NIU XIAOJI [CN] и др.; заявитель UNIV WUHAN [CN] - № US 201314239145; заявл. 05.03.2013; опубл. 18.12.20141. Pat. US 2014372063 (A1) US, IPC 7 G01P 21/00. Quick calibration method for inertial measurement unit / NIU XIAOJI [CN] et al .; Applicant UNIV WUHAN [CN] - No. US 201314239145; declared 03/05/2013; publ. 12/18/2014

2. Пат. 2477864 РФ, МПК7 G01P 21/00. Способ калибровки инерциального измерительного модуля по каналу акселерометров/ Корюкин М.С.; патентообладатель Открытое акционерное общество "Конструкторское Бюро Промышленной Автоматики" (RU) - №2011148861/28; заявл. 30.11.2011; опубл. 20.03.2013, Бюл. №6. - 5 с.: 1 ил.2. Pat. 2477864 RF, IPC 7 G01P 21/00. The method of calibration of the inertial measuring module on the channel of the accelerometers / Koryukin M.S .; patent holder Open Joint-Stock Company Design Bureau of Industrial Automation (RU) - No. 20111148861/28; declared 11/30/2011; publ. 03/20/2013, Bull. No. 6. - 5 p.: 1 ill.

3. Пат. 2162230 РФ, МПК7 G01P 21/00. Широкодиапазонный стенд для контроля бесплатформенных инерциальных измерительных блоков/ Ачильдиев В.М. и др.; заявители и патентообладатели Ачильдиев В.М., Дрофа В.Н., Рублев В.М.. - №2000105697/28; заявл. 13.03.2000; опубл. 20.01.2001, Бюл. №2. - 5 с.: 3 ил.3. Pat. 2162230 RF, IPC 7 G01P 21/00. A wide-range stand for monitoring strapdown inertial measuring units / Achildiev V.M. and etc.; Applicants and patent holders Achildiev V.M., Drofa V.N., Rublev V.M .. - No.2000105697 / 28; declared 03/13/2000; publ. 01/20/2001, Bull. No. 2. - 5 p.: 3 ill.

4. Пат. 2142643 РФ, МПК6 G01P 21/00. Широкодиапазонный стенд для контроля измерителей угловой скорости/ Калихман Л.Я. и др.; заявитель и патентообладатель Производственное объединение "Корпус" - №96114080/28; заявл. 10.07.1996; опубл. 10.12.1999, Бюл. №23. - 12 с.: 6 ил.4. Pat. 2142643 RF, IPC 6 G01P 21/00. A wide-range stand for monitoring angular velocity meters / Kalikhman L.Ya. and etc.; applicant and patent holder Production Association “Housing” - No. 96114080/28; declared 07/10/1996; publ. 12/10/1999, Bull. Number 23. - 12 p.: 6 ill.

5. А.с. 476516 СССР, МКИ G01Р 13/00. 1973 г.5. A.S. 476516 USSR, MKI G01P 13/00. 1973

6. Пат. 2447404 РФ, MПK7 G01P 21/00. Способ калибровки датчиков угловой скорости бесплатформенного инерциального измерительного модуля/ Корюкин М.С.; патентообладатель Открытое акционерное общество "Конструкторское Бюро Промышленной Автоматики" (RU) - №2010124735/28; заявл. 16.06.2010; опубл. 10.04.2012, Бюл. №7. - 4 с.: ил6. Pat. 2447404 RF, MPK 7 G01P 21/00. Method for calibrating angular velocity sensors of a strapdown inertial measuring module / Koryukin M.S .; patent holder Open Joint-Stock Company Design Bureau of Industrial Automation (RU) - No. 2010124735/28; declared 06/16/2010; publ. 04/10/2012, Bull. Number 7. - 4 p.: Silt

7. Прецизионный полноповоротный углозадающий стол для испытаний элементов инерциальных приборов [Текст]/ Р.В. Емаков [и др.] // XVIII Санкт-Петербургская международная конференция по интегрированным навигационным системам: сб. мат. XVIII междунар. конф. / ГНЦ РФ ОАО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор» - СПб, 2011. - С. 119-123.7. Precision full-swing angle-setting table for testing elements of inertial devices [Text] / R.V. Emakov [et al.] // XVIII St. Petersburg International Conference on Integrated Navigation Systems: Sat. mat. XVIII international conf. / SSC RF Concern Central Research Institute Elektropribor OJSC - St. Petersburg, 2011. - P. 119-123.

8. Пат. 2602736 РФ, MПК7 G01P 21/00. Способ и устройство калибровки инерциальных измерительных модулей / Шорин B.C. и др.; патентообладатель ЗАО "Газприборавтоматикасервис»" (RU), ФГБОУ ВПО Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А. - №2015132392/28; заявл. 03.08.2015; опубл. 20.11.2016, Бюл. №22. - 16 с: 3 ил.8. Pat. 2602736 RF, IPC 7 G01P 21/00. Method and device for calibrating inertial measuring modules / Shorin BC et al .; patent holder of JSC "Gazpriboravtomatikaservis""(RU), Saratov State Technical University named after Gagarin Yu.A. - No. 20155132392/28; declared 08/03/2015; publ. 11/20/2016, Bull. Number 22. - 16 s: 3 ill.

Claims (2)

1. Способ калибровки инерциальных измерительных модулей (ИИМ), включающий закрепление ИИМ на платформе калибровочного стенда с обеспечением совпадения одной из измерительных осей ИИМ с осью вращения двигателя стенда с допустимым отклонением не более 5°, вращение платформы с закрепленным ИИМ с изменяющейся угловой скоростью вокруг 3-х взаимно перпендикулярных осей платформы, запись измеренных датчиками ИИМ проекций угловых скоростей и кажущихся ускорений; оценивание и компенсацию в сигналах акселерометров составляющих, обусловленных смещением их чувствительных элементов относительно оси вращения платформы; оценивание остаточной несбалансированности платформы с закрепленным ИИМ и введения компенсирующих ее сигналов в контур управления двигателя стенда; оценивание составляющих моделей ошибок датчиков ИИМ, включающих погрешности масштабного коэффициента и нулевые сигналы акселерометров, погрешности масштабного коэффициента, нулевые сигналы и коэффициенты g- чувствительности датчиков угловой скорости, осуществляемое на основе записанных проекций угловых скоростей и кажущихся ускорений.1. A method of calibrating inertial measuring modules (IIM), including fixing the IIM on the platform of the calibration bench, ensuring that one of the measuring axes of the IIM coincides with the axis of rotation of the engine of the stand with a tolerance of not more than 5 °, rotation of the platform with a fixed II with a varying angular velocity of around 3 x mutually perpendicular axes of the platform, recording projections of angular velocities and apparent accelerations measured by the IIM sensors; evaluation and compensation of components in the accelerometer signals due to the displacement of their sensitive elements relative to the axis of rotation of the platform; assessment of the residual unbalance of the platform with a fixed IMI and the introduction of compensating signals to the control circuit of the stand engine; estimation of the constituent error models of IIM sensors, including scale factor errors and zero accelerometer signals, scale factor errors, zero signals, and g-sensitivity coefficients of angular velocity sensors, based on recorded projections of angular velocities and apparent accelerations. 2. Устройство для калибровки инерциальных измерительных модулей (ИИМ), включающее двигатель и платформу с размещенными на ней ИИМ и блоком записи информации, между двигателем и платформой размещен кардановый подвес с внутренней рамой и фиксатором, выполненным с возможностью обеспечения взаимно ортогональных положений внутренней рамки и расположенным на ее оси; между платформой и внутренней рамкой размещен фиксатор платформы, позволяющий устанавливать платформу во взаимно ортогональные положения относительно внутренней рамки, отличающееся тем, что дополнительно введено устройство управления двигателем по сигналам гироскопов и акселерометров ИИМ с учетом оценивания остаточной несбалансированности, выполненное с возможностью стабилизировать скорость вращения платформы в широком диапазоне скоростей.2. A device for calibrating inertial measuring modules (IIM), including an engine and a platform with an IMI and an information recording unit, between the engine and the platform there is a cardan suspension with an internal frame and a latch made with the possibility of mutually orthogonal positions of the internal frame and located on its axis; a platform lock is placed between the platform and the internal frame, which allows the platform to be installed in mutually orthogonal positions relative to the internal frame, characterized in that an engine control device is additionally introduced according to the signals of the gyroscopes and accelerometers of the IMI taking into account the estimation of residual imbalance, made with the possibility of stabilizing the platform rotation speed in a wide speed range.
RU2017130777A 2017-08-30 2017-08-30 Method and device for calibration of inertial measurement modules RU2669263C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017130777A RU2669263C1 (en) 2017-08-30 2017-08-30 Method and device for calibration of inertial measurement modules

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017130777A RU2669263C1 (en) 2017-08-30 2017-08-30 Method and device for calibration of inertial measurement modules

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2669263C1 true RU2669263C1 (en) 2018-10-09

Family

ID=63798566

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017130777A RU2669263C1 (en) 2017-08-30 2017-08-30 Method and device for calibration of inertial measurement modules

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2669263C1 (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110501520A (en) * 2019-08-29 2019-11-26 北京云庐科技有限公司 A kind of the axle acceleration acquisition methods and device of 3-axis acceleration sensor
RU2718142C1 (en) * 2019-04-17 2020-03-30 Акционерное общество Московский научно-производственный комплекс "Авионика" имени О.В. Успенского (АО МНПК "Авионика") Method for increasing accuracy of calibration of scaling coefficients and angles of non-orthogonality of sensitivity axes of sensor unit of angular velocity sensors
CN111190030A (en) * 2020-04-01 2020-05-22 河南省计量科学研究院 Engine speed measuring instrument calibrating device
RU2735260C1 (en) * 2020-02-07 2020-10-29 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственный центр автоматики и приборостроения имени академика Н.А. Пилюгина" (ФГУП "НПЦАП") Method for compensation of cross links of a pendulous accelerometer
CN113834500A (en) * 2021-09-16 2021-12-24 东莞安普川自动化技术有限公司 Method and system for calibrating track sensor by using multi-degree-of-freedom equipment
RU2810893C1 (en) * 2023-10-03 2023-12-29 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" Method for calibrating precision angular velocity sensors taking into account annual angular orbital velocity of the earth

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4179818A (en) * 1976-10-07 1979-12-25 Litton Systems, Inc. Tetrahedral redundant inertial reference unit
RU2269813C2 (en) * 2004-03-10 2006-02-10 ЗАО "Газприборавтоматикасервис" Method for calibrating parameters of platform-less inertial measuring module
RU2320963C2 (en) * 2004-06-17 2008-03-27 ЗАО "Газприборавтоматикасервис" Mode of mounting axles of mobile object
US20120203487A1 (en) * 2011-01-06 2012-08-09 The University Of Utah Systems, methods, and apparatus for calibration of and three-dimensional tracking of intermittent motion with an inertial measurement unit
RU2602736C1 (en) * 2015-08-03 2016-11-20 Закрытое акционерное общество "Газприборавтоматикасервис" Method and device for calibration of inertial measurement modules

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4179818A (en) * 1976-10-07 1979-12-25 Litton Systems, Inc. Tetrahedral redundant inertial reference unit
RU2269813C2 (en) * 2004-03-10 2006-02-10 ЗАО "Газприборавтоматикасервис" Method for calibrating parameters of platform-less inertial measuring module
RU2320963C2 (en) * 2004-06-17 2008-03-27 ЗАО "Газприборавтоматикасервис" Mode of mounting axles of mobile object
US20120203487A1 (en) * 2011-01-06 2012-08-09 The University Of Utah Systems, methods, and apparatus for calibration of and three-dimensional tracking of intermittent motion with an inertial measurement unit
RU2602736C1 (en) * 2015-08-03 2016-11-20 Закрытое акционерное общество "Газприборавтоматикасервис" Method and device for calibration of inertial measurement modules

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2718142C1 (en) * 2019-04-17 2020-03-30 Акционерное общество Московский научно-производственный комплекс "Авионика" имени О.В. Успенского (АО МНПК "Авионика") Method for increasing accuracy of calibration of scaling coefficients and angles of non-orthogonality of sensitivity axes of sensor unit of angular velocity sensors
CN110501520A (en) * 2019-08-29 2019-11-26 北京云庐科技有限公司 A kind of the axle acceleration acquisition methods and device of 3-axis acceleration sensor
RU2735260C1 (en) * 2020-02-07 2020-10-29 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственный центр автоматики и приборостроения имени академика Н.А. Пилюгина" (ФГУП "НПЦАП") Method for compensation of cross links of a pendulous accelerometer
CN111190030A (en) * 2020-04-01 2020-05-22 河南省计量科学研究院 Engine speed measuring instrument calibrating device
CN111190030B (en) * 2020-04-01 2021-09-21 河南省计量科学研究院 Engine speed measuring instrument calibrating device
CN113834500A (en) * 2021-09-16 2021-12-24 东莞安普川自动化技术有限公司 Method and system for calibrating track sensor by using multi-degree-of-freedom equipment
CN113834500B (en) * 2021-09-16 2024-04-09 东莞安普川自动化技术有限公司 Method and system for calibrating track sensor by using multi-degree-of-freedom equipment
RU2810893C1 (en) * 2023-10-03 2023-12-29 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" Method for calibrating precision angular velocity sensors taking into account annual angular orbital velocity of the earth

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2669263C1 (en) Method and device for calibration of inertial measurement modules
RU2602736C1 (en) Method and device for calibration of inertial measurement modules
CN103808331B (en) A kind of MEMS three-axis gyroscope error calibrating method
CN110006450B (en) Calibration method of laser strapdown inertial navigation system on horizontal three-axis turntable
CN110108300B (en) IMU regular hexahedron calibration method based on horizontal three-axis turntable
CN109459061B (en) Micro-inertia measurement unit calibration method, device and computer readable storage medium
RU2566427C1 (en) Method of determination of temperature dependences of scaling factors, zero shifts and array of orientation of axes of sensitivity of laser gyroscopes and pendulum accelerometers as part of inertial measuring unit at bench tests
CN112698055B (en) Parameter calibration method of accelerometer on precision centrifuge
KR101314151B1 (en) Calibration Method for 6-Axis Vibration Sensors using Periodic Angular Vibration and Its Realization System
US10310132B2 (en) Absolute vector gravimeter and methods of measuring an absolute gravity vector
EP1326065A1 (en) A method of measuring the unbalance of rotors
CN110006454A (en) A kind of method of IMU calibration three-axle table verticality and initial attitude
RU2683144C1 (en) Method of defining errors of orientation axles of laser gyroscopes and pendulum accelerometers in a strap down inertial navigation system
Sun et al. Sequential calibration method of nonlinear errors of PIGA on counter-rotating platform centrifuge
CN107576334B (en) Calibration method and device of inertia measurement unit
CN113865583B (en) Accelerometer combination dynamic installation deviation matrix determining and compensating method
Yingbo et al. Calibration method of quartz accelerometer on dynamic centrifuge
CN104655123B (en) A kind of method that utilization optical fibre gyro determines rotational-angular velocity of the earth
Schwaab et al. Measurement analysis of multiple MEMS sensor array
RU2256880C1 (en) Method and device for combined testing of platform-free inertial measuring unit on the base of micromechanic gyros and accelerometers
RU2427801C2 (en) Method of predicting variable component of output signal of electromechanical angular velocity sensor (avs) during manufacture of gyromotor thereof based on characteristics of angular vibrations excited by gyromotor, and installation for realising said method
CN104655095B (en) A kind of method that utilization optical fibre gyro determines geographic latitude
KR100515470B1 (en) Calibration Equipment For Inertia Measurement Units Using Pendulum Dynamics
RU2803452C1 (en) Three-component angular velocity meter
Ming et al. An investigation on the second-order drift error coefficient calibration of gyroscope by vibration table

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20190831